Les dorsales, frontières de plaques divergentes

Au début du XX^e siècle, le géologue Bernard Brunhes (1867-1910) a constaté que l’orientation du champ magnétique s’inverse périodiquement dans les coulées de lave qui se superposent dans le Massif central. Les basaltes, roches ferromagnésiennes qui constituent ces coulées, sont donc capables d’enregistrer le champ magnétique au moment de leur formation.

Ces données permettent d’établir l’échelle magnétostratigraphique des inversions. On définit les anomalies positives (en noir) comme étant les périodes durant lesquelles le champ magnétique était supérieur au champ actuel et les anomalies négatives (en blanc) celles durant lesquelles le champ magnétique était inférieur au champ actuel.

L’étude du champ magnétique au niveau du plancher océanique, constitué de basaltes, révèle une alternance de bandes noires et blanches dont l’agencement correspond à l’échelle magnétostratigraphique définie par Brunhes.  

Doc. 8 : Calendrier des inversions magnétiques (en Ma)

Ces premières données permettent de montrer que l’expansion océanique se fait symétriquement de part et d’autre de la dorsale et conduit à un éloignement progressif du plancher océanique, formé au niveau de la dorsale par accrétion.

Au cours des expéditions océanographiques réalisées dans les années 1960 (Projet JOIDES), de nombreux forages sont réalisés sur plusieurs milliers de kilomètres au fond des océans. Ils permettent de constater que plus on s’éloigne de la dorsale, plus les sédiments sont épais et plus la couche de basalte est âgée.

Doc. 9 : Âge des sédiments dans l’Océan Atlantique

Doc. 10  : Profil des séries sédimentaires de part et d’autre d’une dorsale

Ainsi, les données récoltées au fond des océans ont permis de montrer que les dorsales sont le siège d’un mouvement de divergence qui s’accompagne d’une expansion des océans.

Aujourd’hui, ces données sont confirmées par les mesures GPS qui permettent de déterminer en temps réel la vitesse et le sens de déplacement des plaques lithosphériques.

Le renouvellement de la lithosphère océanique au niveau des dorsales est appelé accrétion océanique. Elle est permise par la remontée de matériaux chauds provenant du manteau (magma) qui va cristalliser à une vitesse plus ou moins grande. 

Doc. 11 : Fusion partielle de la péridotite

Le magma est un mélange de roches fondues riches en gaz et issues de la fusion partielle des roches du manteau (péridotites).

L’étude du géotherme sous la dorsale montre une remontée des isothermes, dont l’isotherme 1300 °C qui délimite la lithosphère solide de l’asthénosphère. À cette température, les composants minéralogiques de la péridotite peuvent fusionner même à très faible pression. Ainsi, du magma se forme sous la dorsale au sommet du manteau. Il remonte en direction de la surface où il va refroidir rapidement au contact des eaux profondes très froides et donner du basalte en coussin. Le magma qui reste coincé en profondeur cristallise plus lentement et donne une roche grenue, le gabbro. Ces deux roches présentent donc une même composition chimique très proche de celle de la péridotite, roche mantellique. 

Doc. 12 : Le fonctionnement d'une dorsale à l'origine de l'expansion océanique

L’activité volcanique de la dorsale conduit donc à un renouvellement constant de la lithosphère océanique et participe au phénomène d’expansion océanique.

On distingue deux types de dorsales à la surface du globe :

• Les dorsales lentes : elles sont caractérisées par un taux de fusion faible. L’épaisseur de la croûte océanique est moindre. La vitesse d’expansion océanique est faible (de l’ordre de 1 cm/an) ;
• Les dorsales rapides : elles sont caractérisées par un taux de fusion plus élevé. L’épaisseur de la croûte est plus importante et la vitesse d’expansion plus rapide (de l’ordre de 10 cm/an).

Les dorsales lentes sont présentent dans l’océan Atlantique et les dorsales rapides dans l’océan Pacifique.